JPH06237007A - Photosensor and driving method of photosensor - Google Patents
Photosensor and driving method of photosensorInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、フォトセンサ及びフォ
トセンサの駆動方法に関し、詳しくは、電荷トラップに
よるヒステリシス特性を有し照射光の照度を正確に検出
するフォトセンサ及びそのフォトセンサの駆動方法に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photosensor and a method for driving the photosensor, and more particularly, a photosensor having a hysteresis characteristic due to a charge trap for accurately detecting the illuminance of irradiation light and a method for driving the photosensor. Regarding
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、フォトセンサシステムは、通常、
フォトダイオードやＴＦＴ（Thin Film Transistor）を
その受光素子（フォトセンサ）として使用し、複数のフ
ォトセンサをマトリックス状に配列している。各フォト
センサは、照射された光の量に応じた電荷を発生し、こ
の電荷量を見ることにより輝度を検出している。そし
て、従来のフォトセンサシステムは、このマトリックス
状に配列されたフォトセンサに、水平走査回路及び垂直
走査回路から走査電圧を印加して、各フォトセンサの電
荷量を検出している。2. Description of the Related Art Conventionally, photosensor systems are usually
A photodiode or a TFT (Thin Film Transistor) is used as its light receiving element (photo sensor), and a plurality of photo sensors are arranged in a matrix. Each photosensor generates an electric charge according to the amount of the applied light, and detects the brightness by observing the amount of the electric charge. Then, in the conventional photo sensor system, a scanning voltage is applied from the horizontal scanning circuit and the vertical scanning circuit to the photo sensors arranged in a matrix, and the charge amount of each photo sensor is detected.
【０００３】ところが、このような従来のフォトセンサ
は、閉回路が形成されていると、発生した電荷が電流と
して放出されるため、従来、各フォトセンサ毎にフォト
センサとは別に選択トランジスタを形成して接続し、こ
の選択トランジスタを上記水平走査回路及び垂直走査回
路で駆動することにより、各フォトセンサ毎の電荷量を
検出している。However, in such a conventional photosensor, when a closed circuit is formed, the generated charge is discharged as a current, so that conventionally, a selection transistor is formed separately from the photosensor for each photosensor. Then, the selection transistor is driven by the horizontal scanning circuit and the vertical scanning circuit to detect the charge amount of each photosensor.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のフォトセンサにあっては、各フォトセンサに
蓄積された電荷を搬送して、増幅した後、Ａ／Ｄ変換し
ていたため、電荷の搬送時にノイズが重畳され、このノ
イズの影響を除去するために周辺回路が複雑になり、フ
ォトセンサシステム自体が大型化するとともに、Ｓ／Ｎ
比が小さく、照射光の照度を正確に検出することができ
ず、諧調表示が不正確になるという問題があった。However, in such a conventional photosensor, the charge accumulated in each photosensor is conveyed, amplified, and then A / D converted. Noise is superposed during transportation, the peripheral circuit becomes complicated to remove the influence of this noise, the photosensor system itself becomes large, and the S / N ratio increases.
There is a problem that the ratio is small, the illuminance of the irradiation light cannot be accurately detected, and the gradation display becomes inaccurate.
【０００５】そこで、本発明は、フォトセンサをヒステ
リシス特性を有するトランジスタ薄膜により形成するこ
とにより、増幅機能を有し、高精度で、小型化すること
ができるとともに、画素を高密度化させることのできる
フォトセンサを提供するとともに、このフォトセンサの
駆動方法を提供することを目的としている。Therefore, according to the present invention, by forming the photosensor with a transistor thin film having a hysteresis characteristic, the photosensor has an amplification function, can be miniaturized with high accuracy, and can increase the density of pixels. It is an object of the present invention to provide a photo sensor that can be used and a method for driving the photo sensor.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明のフォトセンサ
は、チャネル領域、ソース領域及びドレイン領域を有す
るシリコン薄膜と、少なくとも前記チャネル領域上に形
成され電荷トラップによるヒステリシス特性を有する層
を含むゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成され
た透明なゲート電極と、を備えることにより、上記目的
を達成している。A photosensor of the present invention is a gate insulation including a silicon thin film having a channel region, a source region and a drain region, and a layer formed on at least the channel region and having a hysteresis characteristic by charge trapping. The above object is achieved by including a film and a transparent gate electrode formed on the gate insulating film.
【０００７】この場合、前記ゲート絶縁膜は、例えば、
請求項２に記載するように、その組成比が化学量論比よ
りも大きい窒化シリコンで形成されていてもよい。In this case, the gate insulating film is, for example,
As described in claim 2, it may be formed of silicon nitride having a composition ratio higher than the stoichiometric ratio.
【０００８】本発明のフォトセンサの駆動方法は、チャ
ネル領域、ソース領域及びドレイン領域を有するシリコ
ン薄膜と、少なくとも前記チャネル領域上に形成され電
荷トラップによるヒステリシス特性を有する層を含むゲ
ート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成された透明な
ゲート電極と、を備えたフォトセンサの駆動方法であっ
て、前記ゲート電極にリセットパルスを印加して前記ゲ
ート絶縁膜に電子をトラップする第１ステップと、正の
ゲート電圧を印加した状態において前記ゲート電極を介
して前記シリコン薄膜に光を照射して前記ゲート絶縁膜
中の電子を光強度に応じて正孔に置換する第２ステップ
と、正のソース−ドレイン電圧を印加してドレイン電流
を得る第３ステップと、を実行することより、上記目的
を達成している。A method of driving a photosensor according to the present invention comprises: a silicon thin film having a channel region, a source region and a drain region; and a gate insulating film including at least a layer having hysteresis characteristics due to charge traps formed on the channel region, A method of driving a photosensor, comprising: a transparent gate electrode formed on the gate insulating film; a first step of applying a reset pulse to the gate electrode to trap electrons in the gate insulating film; A second step of irradiating the silicon thin film with light through the gate electrode while applying a positive gate voltage to replace electrons in the gate insulating film with holes according to the light intensity; The above object is achieved by performing a third step of applying a source-drain voltage to obtain a drain current.
【０００９】[0009]
【作用】本発明によれば、チャネル領域、ソース領域及
びドレイン領域を有するシリコン薄膜のうち、少なくと
もチャネル領域上に、電荷トラップによるヒステリシス
特性を有する層を含むゲート絶縁膜が形成され、このゲ
ート絶縁膜上に透明なゲート電極が形成されている。According to the present invention, of the silicon thin film having the channel region, the source region and the drain region, a gate insulating film including a layer having hysteresis characteristics due to charge traps is formed on at least the channel region. A transparent gate electrode is formed on the film.
【００１０】したがって、ゲート電極にリセットパルス
を印加してゲート絶縁膜に電子をトラップさせ、正のゲ
ート電圧を印加した状態において、ゲート電極を介して
シリコン薄膜に光を照射して、ゲート絶縁膜中の電子を
光強度に応じて正孔に置換させると、光の照射総量に対
応した正孔をゲート絶縁膜中にトラップさせ、このトラ
ップさせた正孔を、正のソース−ドレイン電圧を印加し
てドレイン電流として取り出すことができるので、フォ
トセンサを増幅率が高く、高精度で、小型のものとする
ことができる。Therefore, a reset pulse is applied to the gate electrode to trap electrons in the gate insulating film, and in the state where a positive gate voltage is applied, the silicon thin film is irradiated with light through the gate electrode, and the gate insulating film is irradiated. When the electrons inside are replaced with holes according to the light intensity, holes corresponding to the total irradiation amount of light are trapped in the gate insulating film, and the trapped holes are applied with a positive source-drain voltage. Since it can be taken out as a drain current, the photosensor can have a high amplification factor, high accuracy, and a small size.
【００１１】[0011]
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。EXAMPLES The present invention will be described below based on examples.
【００１２】図１〜図５は、本発明のフォトセンサ及び
フォトセンサの駆動方法の一実施例を示す図である。1 to 5 are views showing an embodiment of a photo sensor and a photo sensor driving method according to the present invention.
【００１３】図１は、そのフォトセンサ１の側面断面図
であり、フォトセンサ１は、基本的には、コプラナー型
薄膜トランジスタの構成となっている。FIG. 1 is a side sectional view of the photosensor 1, and the photosensor 1 is basically a coplanar type thin film transistor.
【００１４】すなわち、フォトセンサ１は、ガラス等か
らなる絶縁性基板２上に、半導体層３が形成されてお
り、半導体層３は、ｉ型アモルファス・シリコン（ｉ−
ａ−Ｓｉ）で形成されている。That is, in the photo sensor 1, a semiconductor layer 3 is formed on an insulating substrate 2 made of glass or the like, and the semiconductor layer 3 is made of i-type amorphous silicon (i-).
a-Si).
【００１５】この半導体層３を挟んで、該半導体層３上
に所定の間隔を有して相対向する位置にソース電極
（Ｓ）４及びドレイン電極（Ｄ）５が形成されており、
これらソース電極（Ｓ）４及びドレイン電極（Ｄ）５
は、リン等のドーパントが拡散されたアモルファスシリ
コンよりなるｎ+ シリコン層６、７を介して半導体層３
と接続されている。A source electrode (S) 4 and a drain electrode (D) 5 are formed on the semiconductor layer 3 so as to sandwich the semiconductor layer 3 and to face each other at a predetermined interval.
These source electrode (S) 4 and drain electrode (D) 5
Is a semiconductor layer 3 via n + silicon layers 6 and 7 made of amorphous silicon in which a dopant such as phosphorus is diffused.
Connected with.
【００１６】これら半導体層３、ソース電極（Ｓ）４及
びドレイン電極（Ｄ）５を覆うように、窒化シリコン
（ＳｉＮ）からなる光透過性を有する第１ゲート絶縁膜
８が形成されており、第１ゲート絶縁膜８は、そのＳｉ
／Ｎ組成比が化学量論比（Ｓｉ／Ｎ＝０．７５）よりも
大きな値、例えば、Ｓｉ／Ｎ組成比が０．８５以上のい
わゆるＳｉリッチの窒化シリコンで形成されている。こ
の第１ゲート絶縁膜８は、図５では、半導体層３、ソー
ス電極（Ｓ）４及びドレイン電極（Ｄ）５の全体を覆う
ように形成されているが、これに限るものではなく、ソ
ース電極（Ｓ）４とドレイン電極（Ｄ）５との間に挟ま
れた半導体層３上を少なくとも覆っていればよい。A light-transmissive first gate insulating film 8 made of silicon nitride (SiN) is formed so as to cover the semiconductor layer 3, the source electrode (S) 4 and the drain electrode (D) 5. The first gate insulating film 8 is made of Si
The / N composition ratio is larger than the stoichiometric ratio (Si / N = 0.75), for example, the Si / N composition ratio is 0.85 or more, so-called Si-rich silicon nitride. Although the first gate insulating film 8 is formed so as to cover the entire semiconductor layer 3, the source electrode (S) 4 and the drain electrode (D) 5 in FIG. 5, the present invention is not limited to this. It suffices if at least the semiconductor layer 3 sandwiched between the electrode (S) 4 and the drain electrode (D) 5 is covered.
【００１７】この第１ゲート絶縁膜８上に、窒化シリコ
ンからなる光透過性を有する第２ゲート絶縁膜９が形成
されており、第２ゲート絶縁膜９は、そのＳｉ／Ｎ組成
比を通常の化学量論比とした窒化シリコンで形成されて
いる。A second gate insulating film 9 made of silicon nitride and having a light-transmitting property is formed on the first gate insulating film 8. The second gate insulating film 9 has a Si / N composition ratio of normal. It is formed of silicon nitride having a stoichiometric ratio of.
【００１８】第２ゲート絶縁膜９上には、半導体層３と
相対向する位置にゲート電極（Ｇ）１０が形成されてお
り、ゲート電極（Ｇ）１０は、透明導電膜（ＩＴＯ）で
形成されている。ゲート電極（Ｇ）１０は、後述する電
子−正孔対を発生するために半導体層３のチャンネル領
域のみでなく、図１に示すように、ｎ+ シリコン層４、
５上部面も覆う大きさに形成することが望ましい。そし
て、図示しないが、このゲート電極（Ｇ）１０及び第２
ゲート絶縁膜９を覆うように、窒化シリコンからなる透
明なオーバーコート膜が形成されており、オーバーコー
ト膜は、これらゲート電極（Ｇ）１０及び第２ゲート絶
縁膜９を保護している。A gate electrode (G) 10 is formed on the second gate insulating film 9 at a position facing the semiconductor layer 3, and the gate electrode (G) 10 is formed of a transparent conductive film (ITO). Has been done. The gate electrode (G) 10 includes not only the channel region of the semiconductor layer 3 for generating electron-hole pairs, which will be described later, but also the n + silicon layer 4, as shown in FIG.
5 It is desirable to form it in a size that also covers the upper surface. Although not shown, the gate electrode (G) 10 and the second electrode
A transparent overcoat film made of silicon nitride is formed so as to cover the gate insulating film 9, and the overcoat film protects the gate electrode (G) 10 and the second gate insulating film 9.
【００１９】このフォトセンサ１は、上述のように、基
板２上に半導体層３、ｎ+ シリコン層６、７、ソース電
極（Ｓ）４及びドレイン電極（Ｄ）５、第１ゲート絶縁
膜８、第２ゲート絶縁膜９及びゲート電極を順次積層す
ることにより形成されており、いわゆるコプラナー型薄
膜トランジスタの構成となっている。As described above, the photosensor 1 includes the semiconductor layer 3, the n + silicon layers 6 and 7, the source electrode (S) 4 and the drain electrode (D) 5, and the first gate insulating film 8 on the substrate 2. , The second gate insulating film 9 and the gate electrode are sequentially laminated to form a so-called coplanar type thin film transistor.
【００２０】このフォトセンサ１の製造方法は、例え
ば、真空蒸着法、スパッタ法あるいはプラズマＣＶＤ法
等により形成することができ、また各膜厚は、適宜設定
されるが、第１ゲート絶縁膜８としては、例えば、２０
００オングストロームに形成されている。The photosensor 1 can be manufactured by, for example, a vacuum vapor deposition method, a sputtering method, a plasma CVD method, or the like, and each film thickness is appropriately set, but the first gate insulating film 8 is formed. For example, 20
It is formed to 00 angstroms.
【００２１】次に、作用を説明する。Next, the operation will be described.
【００２２】フォトセンサ１は、上述のように、その第
１ゲート絶縁膜８にＳｉリッチなＳｉＮ膜を使用してい
るため、図２にフォトセンサ１のドレイン電圧ＶD を１
０Ｖとして、ゲート電圧ＶG に対するドレイン電流ＩD
（ソース電極（Ｓ）４−ドレイン電極（Ｄ）５間に流れ
る電流）の変化を示すように、ヒステリシス特性を有し
ている。すなわち、ゲート電圧ＶG を、負の値から徐々
に正の値へとドレイン電流ＩD が飽和するまで上げて行
き、その後、ゲート電圧ＶG を下げると、ドレイン電流
ＩD は、ゲート電圧ＶG の値に対して、ゲート電圧ＶG
を上昇させた場合と、ドレイン電流ＩD が飽和した後
に、ゲート電圧ＶG を下げた場合とでは、異なる値をと
って下降する。そして、この場合のヒステリシスの大き
さΔＶth（ゲート電圧ＶG をマイナス側から変化させた
時におけるドレイン電流ＩD が１ｎＡとなるところのゲ
ート電圧ＶG と、ゲート電圧ＶG をプラス側から変化さ
せた時におけるドレイン電流ＩD が１ｎＡとなるところ
のゲート電圧ＶG との差）は、後述するように、フォト
センサ１に照射される光の露光量に依存するとともに、
第１ゲート絶縁膜８の厚さに依存する。Since the photosensor 1 uses the Si-rich SiN film as the first gate insulating film 8 as described above, the drain voltage V D of the photosensor 1 is 1 in FIG.
Assuming 0 V, the drain current I D with respect to the gate voltage V G
It has a hysteresis characteristic so as to show a change in (current flowing between the source electrode (S) 4 and the drain electrode (D) 5). That is, when the gate voltage V G is gradually increased from a negative value to a positive value until the drain current I D is saturated, and then the gate voltage V G is decreased, the drain current I D changes to the gate voltage V D. The gate voltage V G with respect to the value of G
Rises and when the gate voltage V G is lowered after the drain current I D is saturated, it takes different values and falls. In this case, the amount of hysteresis ΔV th (the gate voltage V G at which the drain current I D becomes 1 nA when the gate voltage V G is changed from the negative side and the gate voltage V G is changed from the positive side). The difference between the drain current I D and the gate voltage V G at which the drain current I D becomes 1 nA) depends on the exposure amount of the light with which the photosensor 1 is irradiated, as described later
It depends on the thickness of the first gate insulating film 8.
【００２３】そこで、フォトセンサ１に、図３に示すよ
うに、例えば、ソース電極（Ｓ）４及びドレイン電極
（Ｄ）５間に０［Ｖ］を、ゲート電極（Ｇ）１０に＋２
０［Ｖ］のパルス電圧を印加すると、電子がこのソース
電極（Ｓ）４及びドレイン電極（Ｄ）５側のｎ+ 層から
半導体層３のチャネル領域に供給されて、このチャネル
領域の電子は、第１ゲート絶縁膜８が上述のようにＳｉ
リッチとなっていることから、この第１ゲート絶縁膜８
に取り込まれる。第１ゲート絶縁膜８に電子がトラップ
されるため、半導体層３のチャネル領域には正孔が誘起
され、フォトセンサ１は、トランジスタとしては強いエ
ンハンスメント型となる。この状態はリセット状態であ
る。例えば、第１ゲート電極８の膜厚が２０００オング
ストロームの場合、ゲート電圧ＶG を＋２０［Ｖ］とす
ると、１００マイクロ秒程度の短時間で第１ゲート絶縁
膜８に電子がトラップされる。Therefore, in the photo sensor 1, as shown in FIG. 3, for example, 0 [V] is applied between the source electrode (S) 4 and the drain electrode (D) 5 and +2 is applied to the gate electrode (G) 10.
When a pulse voltage of 0 [V] is applied, electrons are supplied from the n + layer on the source electrode (S) 4 and drain electrode (D) 5 side to the channel region of the semiconductor layer 3, and the electrons in this channel region are , The first gate insulating film 8 is made of Si as described above.
Since it is rich, this first gate insulating film 8
Is taken into. Since electrons are trapped in the first gate insulating film 8, holes are induced in the channel region of the semiconductor layer 3, and the photosensor 1 becomes a strong enhancement type transistor. This state is the reset state. For example, when the film thickness of the first gate electrode 8 is 2000 Å, when the gate voltage V G is +20 [V], electrons are trapped in the first gate insulating film 8 in a short time of about 100 microseconds.
【００２４】このリセット状態から、次に、図４に示す
ように、ゲート電極（Ｇ）１０が負電位となるバイアス
状態、例えば、ゲート電圧ＶG を０［Ｖ］とし、ソース
電極（Ｓ）４及びドレイン電極（Ｄ）５に＋２０［Ｖ］
を印加すると、フォトセンサ１は、センス状態となる。
この状態で、ゲート電極（Ｇ）１０側から光（図４中、
矢印で表示している。）を照射すると、この光照射によ
り半導体層３に照射光の照度に対応した量の電子−正孔
対が発生する。この半導体層３に発生した電子−正孔対
のうち、電子は、ｎ+ 層に移動し、正孔は、第１ゲート
絶縁膜８に取り込まれて、リセット時にトラップされた
電子と置換される。この場合、第１ゲート絶縁膜８はヒ
ステリシス特性を有するものであるから、光照射の開始
時点から光照射の終了までの期間に発生した電子−正孔
対の正孔が、順次第１ゲート絶縁膜８に取り込まれ、第
１ゲート絶縁膜８にトラップされている電子と置換され
ることとなる。その結果、光照射時点からの光照射量、
すなわち総露光量に応じて、フォトセンサ１のしきい値
電圧Ｖthが変化し、フォトセンサ１は、トランジスタと
してはデプリーション型の方向に変化する。From this reset state, next, as shown in FIG. 4, a bias state in which the gate electrode (G) 10 has a negative potential, for example, the gate voltage V G is set to 0 [V], and the source electrode (S) is set. +20 [V] on the drain electrode 4 and the drain electrode (D) 5
Is applied, the photo sensor 1 enters the sensing state.
In this state, light from the gate electrode (G) 10 side (in FIG. 4,
It is indicated by an arrow. ), The light irradiation generates electron-hole pairs in the semiconductor layer 3 in an amount corresponding to the illuminance of the irradiation light. Of the electron-hole pairs generated in the semiconductor layer 3, the electrons move to the n + layer, and the holes are taken into the first gate insulating film 8 and replaced with the electrons trapped at the time of reset. . In this case, since the first gate insulating film 8 has a hysteresis characteristic, the holes of the electron-hole pairs generated during the period from the start of the light irradiation to the end of the light irradiation sequentially pass through the first gate insulating film 8. The electrons are taken into the film 8 and replaced with the electrons trapped in the first gate insulating film 8. As a result, the light irradiation amount from the time of light irradiation,
That is, the threshold voltage V th of the photo sensor 1 changes according to the total exposure amount, and the photo sensor 1 changes in a depletion type direction as a transistor.
【００２５】また、このセンス状態において、光照射が
ない時には、しきい値電圧Ｖthは、ほとんど変化しな
い。In this sense state, the threshold voltage V th hardly changes when there is no light irradiation.
【００２６】読出時は、図５に示すように、ソース電極
（Ｓ）４に対してドレイン電極（Ｄ）５を正電位にする
ことにより、例えば、ソース電極（Ｓ）４に０［Ｖ］、
ドレイン電極（Ｄ）５に＋５［Ｖ］を、ゲート電極
（Ｇ）に０［Ｖ］を印加することにより、光照射量に対
応した大きさのドレイン電流ＩDS、すなわちチャネル電
流を読み出すことができる。At the time of reading, as shown in FIG. 5, by setting the drain electrode (D) 5 to a positive potential with respect to the source electrode (S) 4, for example, 0 [V] is applied to the source electrode (S) 4. ,
By applying +5 [V] to the drain electrode (D) 5 and 0 [V] to the gate electrode (G), the drain current I DS having a magnitude corresponding to the light irradiation amount, that is, the channel current can be read. it can.
【００２７】このように、フォトセンサ１は、第１ゲー
ト絶縁膜８として、Ｓｉリッチの窒化シリコンで形成さ
れているため、フォトセンサ１にヒステリシス特性（メ
モリ機能）を持たせることができるので、リセットする
ことにより、第１ゲート絶縁膜８に正孔をトラップさ
せ、その後、センス状態として光を照射すると、光照射
の総量に対応した電子を第１ゲート絶縁膜８にトラップ
されている正孔と置換させることができるとともに、光
非照射時との出力比を大きくすることができ、高感度で
光照射量を検出することができる。その結果、フォトセ
ンサ１を高精度で、小型なものとすることができ、画素
を高密度化させることができる。As described above, since the photo sensor 1 is formed of Si-rich silicon nitride as the first gate insulating film 8, the photo sensor 1 can have a hysteresis characteristic (memory function). By resetting, holes are trapped in the first gate insulating film 8 and then light is irradiated in a sense state, so that electrons corresponding to the total amount of light irradiation are trapped in the first gate insulating film 8. Can be replaced with, and the output ratio with respect to non-irradiation of light can be increased, and the light irradiation amount can be detected with high sensitivity. As a result, the photo sensor 1 can be made highly precise and small, and the pixels can be made highly dense.
【００２８】[0028]
【発明の効果】本発明のフォトセンサ及びそのフォトセ
ンサの駆動方法によれば、チャネル領域、ソース領域及
びドレイン領域を有するシリコン薄膜のうち、少なくと
もチャネル領域上に、電荷トラップによるヒステリシス
特性を有する層を含むゲート絶縁膜が形成され、このゲ
ート絶縁膜上に透明なゲート電極が形成されているの
で、ゲート電極にリセットパルスを印加してゲート絶縁
膜に電子をトラップさせ、正のゲート電圧を印加した状
態において、ゲート電極を介してシリコン薄膜に光を照
射して、ゲート絶縁膜中の電子を光強度に応じて正孔に
置換させると、光の照射総量に対応した正孔をゲート絶
縁膜中にトラップさせ、このトラップさせた正孔を、正
のソース−ドレイン電圧を印加してドレイン電流として
取り出すことができ、フォトセンサを増幅率が高く、高
精度で、小型のものとすることができる。According to the photosensor and the method for driving the photosensor of the present invention, a layer having a hysteresis characteristic due to charge trapping at least on the channel region in a silicon thin film having a channel region, a source region and a drain region. Since a gate insulating film containing is formed and a transparent gate electrode is formed on this gate insulating film, a reset pulse is applied to the gate electrode to trap electrons in the gate insulating film and a positive gate voltage is applied. In this state, the silicon thin film is irradiated with light through the gate electrode to replace the electrons in the gate insulating film with holes according to the light intensity. The trapped holes can be extracted as drain current by applying a positive source-drain voltage. High photosensor amplification factor, with high precision, can be of small size.
【図１】本発明に係るフォトセンサの一実施例の側面断
面図。FIG. 1 is a side sectional view of an embodiment of a photo sensor according to the present invention.
【図２】図１のフォトセンサのヒステリシス特性を示す
図。FIG. 2 is a diagram showing hysteresis characteristics of the photo sensor of FIG.
【図３】図１のフォトセンサのリセット時のバイアス関
係及びキャリアの動きを示す説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a bias relationship and carrier movement at the time of resetting the photo sensor of FIG.
【図４】図１のフォトセンサのセンス時のバイアス関係
及びキャリアの動きを示す説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a bias relationship and carrier movement during sensing of the photo sensor of FIG.
【図５】図１のフォトセンサの読み出し時のバイアス関
係を示す図。5 is a diagram showing a bias relationship at the time of reading from the photo sensor of FIG.
１ フォトセンサ ２ 絶縁性基板 ３ 半導体層 ４ ソース電極（Ｓ） ５ ドレイン電極（Ｄ） ６、７ オームコンタクト層 ８ 第１ゲート絶縁膜 ９ 第２ゲート絶縁膜 １０ ゲート電極（Ｇ） 1 Photosensor 2 Insulating Substrate 3 Semiconductor Layer 4 Source Electrode (S) 5 Drain Electrode (D) 6, 7 Ohm Contact Layer 8 First Gate Insulating Film 9 Second Gate Insulating Film 10 Gate Electrode (G)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 9056−4Ｍ Ｈ０１Ｌ 29/78 ３１１ Ｊ 8422−4Ｍ 31/10 Ｈ ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Internal reference number FI technical display location 9056-4M H01L 29/78 311 J 8422-4M 31/10 H
Claims (3)
領域を有するシリコン薄膜と、 少なくとも前記チャネル領域上に形成され電荷トラップ
によるヒステリシス特性を有する層を含むゲート絶縁膜
と、 前記ゲート絶縁膜上に形成された透明なゲート電極と、 を備えたことを特徴とするフォトセンサ。1. A silicon thin film having a channel region, a source region and a drain region, a gate insulating film including at least a layer formed on the channel region and having hysteresis characteristics due to charge traps, and formed on the gate insulating film. And a transparent gate electrode, and a photo sensor.
量論比よりも大きい窒化シリコンで形成されたことを特
徴とする請求項１記載のフォトセンサ。2. The photosensor according to claim 1, wherein the gate insulating film is made of silicon nitride having a composition ratio higher than a stoichiometric ratio.
領域を有するシリコン薄膜と、 少なくとも前記チャネル領域上に形成され電荷トラップ
によるヒステリシス特性を有する層を含むゲート絶縁膜
と、 前記ゲート絶縁膜上に形成された透明なゲート電極と、 を備えたフォトセンサの駆動方法であって、 前記ゲート電極にリセットパルスを印加して前記ゲート
絶縁膜に電子をトラップする第１ステップと、 正のゲート電圧を印加した状態において前記ゲート電極
を介して前記シリコン薄膜に光を照射して前記ゲート絶
縁膜中の電子を光強度に応じて正孔に置換する第２ステ
ップと、 正のソース−ドレイン電圧を印加してドレイン電流を得
る第３ステップと、 からなることを特徴とするフォトセンサの駆動方法。3. A silicon thin film having a channel region, a source region and a drain region, a gate insulating film including at least a layer having hysteresis characteristics due to charge traps formed on the channel region, and formed on the gate insulating film. A transparent gate electrode, and a first step of applying a reset pulse to the gate electrode to trap electrons in the gate insulating film; and applying a positive gate voltage. In the state, a second step of irradiating the silicon thin film with light through the gate electrode to replace the electrons in the gate insulating film with holes according to the light intensity, and applying a positive source-drain voltage A third step of obtaining a drain current, and a method for driving a photosensor, comprising:
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|---|---|---|---|
| JP04470693A JP3246038B2 (en) | 1993-02-08 | 1993-02-08 | Photosensor and photosensor driving method |
Applications Claiming Priority (1)
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06237007A true JPH06237007A (en) | 1994-08-23 |
| JP3246038B2 JP3246038B2 (en) | 2002-01-15 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP04470693A Expired - Fee Related JP3246038B2 (en) | 1993-02-08 | 1993-02-08 | Photosensor and photosensor driving method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3246038B2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6020581A (en) * | 1998-02-24 | 2000-02-01 | International Business Machines Corporation | Solid state CMOS imager using silicon-on-insulator or bulk silicon |
| KR20160021289A (en) * | 2013-06-20 | 2016-02-24 | 스트라티오 인코포레이티드 | Gate-controlled Charge Modulated Device for CMOS Sensors |
| CN114678440A (en) * | 2020-12-24 | 2022-06-28 | 京东方科技集团股份有限公司 | Photoelectric thin film transistor, fingerprint identification circuit and display device |
-
1993
- 1993-02-08 JP JP04470693A patent/JP3246038B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6020581A (en) * | 1998-02-24 | 2000-02-01 | International Business Machines Corporation | Solid state CMOS imager using silicon-on-insulator or bulk silicon |
| KR20160021289A (en) * | 2013-06-20 | 2016-02-24 | 스트라티오 인코포레이티드 | Gate-controlled Charge Modulated Device for CMOS Sensors |
| KR20200072572A (en) * | 2013-06-20 | 2020-06-22 | 스트라티오 인코포레이티드 | Gate-controlled charge modulated device for cmos sensors |
| CN114678440A (en) * | 2020-12-24 | 2022-06-28 | 京东方科技集团股份有限公司 | Photoelectric thin film transistor, fingerprint identification circuit and display device |
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